基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的O2和CO氣體測量.pdf

1、基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)對氣體濃度及溫度的測量,具有響應(yīng)速度快、測量結(jié)果準(zhǔn)確、測量系統(tǒng)簡單穩(wěn)定等優(yōu)勢,易于實現(xiàn)在線監(jiān)測。同時利用非接觸的激光測量方法,對惡劣的測量環(huán)境具有非常好的適應(yīng)性。近年來半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)迅速發(fā)展,激光器在性能越來越穩(wěn)定的同時價格更加便宜。目前可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)已經(jīng)成為氣體在線監(jiān)測的主流技術(shù),被廣泛應(yīng)用于多種測量環(huán)境。
　　 本文基于TDLAS技術(shù),針對近紅外波段,利用廉價

2、的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光二極管對高溫環(huán)境中氣體進(jìn)行測量。工業(yè)生產(chǎn)過程中,對O2濃度和溫度的測量具有十分重要的意義。針對于氧氣位于760nm附近的吸收譜線完成了濃度測量和溫度測量。對于濃度測量,模擬工業(yè)測量現(xiàn)場中O2溫度梯度分布,利用工作波長位于761nm處的可調(diào)諧DFB激光二極管,針對O2位于760.09nm和760.07nm譜線,通過兩條吸收譜線建立方程組,在不用N2吹掃的條件下,去除了空氣中02對測量結(jié)果的影響。對于溫度測量,通過O2位于

3、759.86nm和760.44nm吸收譜線對進(jìn)行測量。利用特殊光路設(shè)計,在不用N2吹掃的條件下,去除了空氣中O2對測量結(jié)果的影響,可以實現(xiàn)溫度和濃度的同時測量。實時監(jiān)測燃燒過程中CO濃度對提高燃燒效率,控制燃燒污染物排放具有重要意義。本文選擇位于2302.12nm一氧化碳吸收譜線R30,利用直接吸收和波長調(diào)制兩種方法對一氧化碳濃度進(jìn)行測量。
　　 實驗測量O2濃度5％-100％范圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于7.01％,理論計算500K條

4、件下濃度探測極限為0.3％-m。測量O2溫度400K-1000K氛圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于6％,理論計算500K條件下濃度探測極限為0.5％-m。對于O2濃度和溫度的探測極限可以滿足工業(yè)現(xiàn)場測量的需要,測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠,測量系統(tǒng)方案簡易可行。對于CO濃度測量,利用直接吸收方法測量CO濃度1％-9％范圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于5％,理論計算1000K條件下濃度探測極限為60ppm-m左右。利用二次諧波方法測量CO濃度1％-9％范圍內(nèi)與標(biāo)定值誤差小于